存储器是微纳机电系统中最基本的电子元器件,新型阻变存储器因有望延续摩尔定律及打破冯·诺依曼瓶颈,成为下一代信息领域中最有前景的存储器件。氧基阻变存储器是一类以氧离子迁移为阻变机制的存储器,因氧离子迁移能远高于活性金属离子,氧空位基导电细丝更稳定,器件性能更容易调控而受到更多关注。然而此类器件目前面临稳定性差和耐久性失效等问题,严重阻碍着其商业化进程。氧等离子体处理是一种基于氧等离子体注入的微纳加工方法,主要用于材料氧化、掺杂等表面改性工艺中,有望打破氧基阻变存储器面临的困境。本文从氧等离子体处理技术出发,基于扫描探针显微镜技术从材料层面研究氧等离子体处理改善HfO_x基阻变存储器稳定性的微观机制。同时,研究HfO_x基阻变存储器耐久性失效的机理并通过氧等离子体处理为耐久性失效的器件提供可以参与阻变过程的氧离子,进而恢复器件的阻变特性。具体研究内容及结果如下:一、利用原子力显微镜研究氧等离子体处理对HfO_x阻变层微结构的影响,发现电激励下氧离子迁移和电化学反应诱导的薄膜结构形变在氧等离子体处理后被消除。此外,结构形变现象在氧等离子体处理后不再发生,直接表明氧等离子体处理提高了HfO_x薄膜的质量。最后,利用X射线光电子能谱表征处理前后HfO_x薄膜的元素含量和化学价态,并结合电学测试揭示了氧等离子体处理改善HfO_x基阻变存储器稳定性的微观机制。该工作可为氧基阻变存储器的氧等离子体处理性能优化研究提供一定的实验和理论指导。二、通过分析HfO_x基阻变存储器整个寿命周期中的电流-电压曲线及阻态演变,揭示了器件的耐久性失效机理:正常阻变循环中氧离子流失导致导电细丝活性区域氧离子迁移势垒的极大降低,器件发生负向SET现象且负向SET循环初始阶段出现中间阻态,这种新型的负向SET行为最终触发了器件耐久性失效。在氧基阻变存储器的耐久性失效研究中,该工作将在器件设计方面起指导作用。三、根据HfO_x基阻变存储器耐久性失效的物理本质,使用适中的氧等离子体处理为耐久性失效的HfO_x基阻变存储器提供可以参与阻变过程的氧离子,恢复了器件的阻变特性。此外,第一次恢复的器件在耐久性失效后,可以通过氧等离子体处理再次恢复,更好地证明了这种恢复方法的有效性。该工作可为解决氧基阻变存储器耐久性失效问题提供新的思路。